与其他技术相比,为什么核聚变发电的发展如此缓慢?

时间:2022-05-12 13:12:53   作者:
在我们目前的技术水平上,在经济上可行的商业核聚变发电甚至是可能的,这并不是一个必然的结论。物理学不一定能提供我们想要的答案。至少有几十种核聚变技术已经被研究过,但被认为是不可行的。

我们确实有一种核聚变能源技术,托卡马克,它有可靠的工程和科学数据,可以合理自信地预测它最终可以用来建造一个发电厂。但问题是,它能与其他可用的电力生产技术竞争吗?

同样坚实的工程和科学基础也使我们能够估计这样一个工厂的成本,并以否定的态度回答这个问题(然而,我仍然支持进行研究,至少允许我们建立这样一个工厂)。

核聚变能源的热衷者指出,核聚变能源的投入相对较少,自60年前研究开始以来,以当前美元计算,美国每年平均投入约5亿美元(这个计算忽略了世界其他国家,但美国不是唯一的参与者)。世界每年在核聚变研究上的花费大约是每年15亿美元,但即使在这个水平上,建成第一个真正的核聚变发电厂也需要大约50年的时间。

如果有更多的资金投入到这项研究中,这项研究就能更快地推进吗?当然,但它的推进速度是有限度的。核聚变可能是有史以来最困难的技术挑战,学习曲线很长。在开发工作完成之前,根本没有回报(例如,与计算机技术相比,计算机技术花了60年才达到目前的水平,但在整个过程中不断地回报利润)。即使是太空探索,一个非常昂贵和困难的事业,也在1962年发射Telstar 1号后很早就开始回报经济价值。

核聚变发电的一个问题是缺乏必要性。如果它是我们唯一可用的选择,或者它提供了不可缺少的优势,我们最终可以建造它——但这离现实还有很长的路要走。核聚变的优点是什么?无温室气体排放或其他空气污染;以及有效无限的燃料供应。(在最初的30年左右,温室气体排放方面很少受到关注。)

但其他的解决方案也具有同样的优势:太阳能和风能,结合电网储能,一旦这些能源的渗透率增加到足够高的水平,就有必要这样做(记住,我们在比较50年后可用的技术);和裂变力量。裂变动力不会排放温室气体或其他空气污染。

从海水中提取铀是可行的(目前还没有这样做,因为有便宜得多的传统铀源),即使像今天这样一次性燃烧燃料,也能提供5000年的燃料供应。核裂变废料是一个政治问题,而不是一个技术问题——技术问题实际上已经解决了。简单地把用过的燃料永久地储存在地上的混凝土桶里,这就是我们今天所做的。没有任何技术或安全方面的理由表明这种做法不能无限期地继续下去。

使裂变工厂安全应对任何事故的技术解决方案已经存在。在任何方面,核聚变都是优越的,核裂变已经是优越的。核裂变的一个不可避免的阿喀琉斯之踵是其高昂的资本成本(即安全成本)。建造一个裂变发电厂需要很多钱,所以回报时间也要长得多。在过去的35年里,这一直是核裂变电站部署的关键限制因素。任何公用事业公司的高管在做出核电站建设决策时,都会着眼于更快的回报机会,而不是选择裂变。(法国是在政府的授权下实现全核化的。)

例如,尽管戈达德在1926年发射了他的第一枚液体燃料火箭,但实际应用在18年后的1944年才出现。没有很好的理由选择发射月球而不是V-2作为实际应用(或者如果你想要商业应用,那么Telstar-1是36年)。无线电从1898年开始投入商业使用,比麦克斯韦尔晚了25年。确实,这不是一个流行的广播系统,但人们仍然把无线电作为一种实用的工具来交流。

在发现放射性后的两年内(先是x射线,然后是镭),放射性被用于成像和癌症治疗的实际应用。裂变于1938年12月至1939年1月被发现,并于四年后(在放射性同位素生产反应堆中)投入实际使用。仅在16年后的1955年(USS Nautilus),它被用于实际动力。

从1925年晶体管的(理论)发明到第一个商用晶体管之间的时间是30年。但从第一个真正的晶体管的演示,仅仅7年。
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